KR100217542B1 - Thermal processing method - Google Patents

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KR100217542B1
KR100217542B1 KR1019910020264A KR910020264A KR100217542B1 KR 100217542 B1 KR100217542 B1 KR 100217542B1 KR 1019910020264 A KR1019910020264 A KR 1019910020264A KR 910020264 A KR910020264 A KR 910020264A KR 100217542 B1 KR100217542 B1 KR 100217542B1
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이노우에 다케시
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니시무로 타이죠
가부시키가이샤 도시바
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Abstract

본 발명의 열처리방법은 복수의 웨이퍼를 그 피처리면이 실질적으로 수평하게 되는 자세에서 서로 평행하게 프로세스 튜브내에 형성하고, 프로세스 튜브의 길이에 따라 프로세스 튜브를 외측부터 들러싸도록 복수개의 MoSi2선 히터를 설치하고, 히터에 대한 급전량을 조절하고, 웨이퍼 주변부의 한쪽끝에서 다른쪽끝으로 향하는 온도구배를 웨이퍼의 피처리면에 형성하고, 웨이퍼를 피처리면내에서 회전시킨다.In the heat treatment method of the present invention, a plurality of MoSi two- wire heaters are formed so as to form the plurality of wafers in the process tubes parallel to each other in a posture where the surface to be treated is substantially horizontal, and to enclose the process tubes from outside according to the length of the process tubes. , The feed amount to the heater is adjusted, a temperature gradient from one end of the wafer peripheral portion to the other end is formed on the surface to be processed, and the wafer is rotated within the surface to be processed.

Description

열 처리 방법Heat treatment method
제1도는 종래의 열처리 방법에 의해 가열된 반도체 웨이퍼의 면내의 온도 분포를 나타내는 온도 분포도.1 is a temperature distribution diagram showing an in-plane temperature distribution of a semiconductor wafer heated by a conventional heat treatment method.
제2도는 본 발명의 실시예에 관한 열처리 방법으로 이용한 열확산 장치의 노실을 나타내는 종단면 기구 블록도.FIG. 2 is a longitudinal sectional block diagram showing a furnace chamber of a thermal diffusion apparatus used in a heat treatment method according to an embodiment of the present invention. FIG.
제3도는 히터 유닛을 나타내는 사시도.3 is a perspective view showing a heater unit.
제4도는 노실의 히터 주변을 나타내는 횡단면 평면 레이아웃도.4 is a cross-sectional plan view showing the vicinity of a heater in a furnace chamber.
제5도는 본 발명의 실시예에 관한 열처리 방법에 의해 웨이퍼를 열처리하는 경우를 설명하기 위한 플로챠트.5 is a flowchart for explaining the case where the wafer is heat-treated by the heat treatment method according to the embodiment of the present invention.
제6도는 프로세서 튜브내의 온도분포도.6 is a temperature distribution diagram within a processor tube.
제7도는 웨이퍼면내 온도 분포이 측정 방법을 설명하기 위한 사시도.7 is a perspective view for explaining a method of measuring the temperature distribution in the wafer surface.
제8도는 실시예의 열처리 방법에 의해 가열한 반도체 웨이퍼의 면내 온도분포의 측정결과의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the change over time of the measurement result of the in-plane temperature distribution of the semiconductor wafer heated by the heat treatment method of the embodiment.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
3 : 열확산 장치 10 : 보트3: heat diffusion device 10: boat
11 : 회전기구 12 : 축11: rotating mechanism 12: shaft
15 : 히터유닛 20 : 반도체 웨이퍼15: heater unit 20: semiconductor wafer
본 발명은 반도체 웨이퍼를 균일하게 열처리하는 열처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat treatment method for uniformly heat treating a semiconductor wafer.
종래부터 반도체 웨이퍼 제조공정의 각종의 박막 형성장치의 CVD장치, 엑피택셜(epitaxial) 성장장치나 산화막 형성장치 혹은 도핑장치의 열확산장치등에 열처리 장치가 채용되어 있다.2. Description of the Related Art A heat treatment apparatus is conventionally employed in a CVD apparatus, an epitaxial growth apparatus, an oxide film forming apparatus, or a thermal diffusion apparatus of a doping apparatus in various thin film forming apparatuses in a semiconductor wafer manufacturing process.
열처리 방치는 반도체 웨이퍼의 대구경화에 대응하여 히터의 유효내경이 300mm를 넘는 것까지 만들어지도록 되어 있으나, 대구경이 될수록 반응관내의 온도제어가 어렵다. 그 때문에 단면 균열을 콘트롤 하기 쉬운 종형로가 많이 이용되고 있다.The heat treatment is not limited to the large diameter of the semiconductor wafer, but the effective inner diameter of the heater is made to exceed 300 mm, but the larger the larger the diameter, the more difficult the temperature control in the reaction tube is. For this reason, many vertical furnaces are easy to control in section cracking.
예를들면, USP4,938,691호 공보에는 종형의 CVD로가 기재되어 있다. 종형 CVD로의 반응관의 하부에는 웨이퍼 보트의 반입출용의 개구가 형성되어 있다. 웨이퍼 보트에는 대략 100~150 매의 반도체 웨이퍼가 수평 자세로 수용되어 있다. 반응관의 주위에는 FcCrAl 합금등으로 구성하는 저항 발열체로 만들어진 스파이럴 히터 (Spiral Heater)가 형성되고, 이 스파이럴 히터에 의해 반응관내의 웨이퍼가 700~1200의 온도역의 바라는 프로세스 온도로 가열되도록 되어 있다. 또한, 반응관에서의 방열량(복사열량)을 저감하기 위해, 스파이럴 히터의 바깥둘레를 단열재로 둘러싸고 있다.For example, US Pat. No. 4,938,691 describes a vertical CVD furnace. An opening for carrying in and out of the wafer boat is formed in the lower portion of the reaction tube in the vertical CVD furnace. Approximately 100 to 150 semiconductor wafers are accommodated in the horizontal position in the wafer boat. Around the reaction tube, a spiral heater made of a resistance heating element made of an FcCrAl alloy or the like is formed, and the spiral heater makes a wafer in the reaction tube 700 to 1200. It is supposed to be heated to the desired process temperature in the temperature range of. In addition, in order to reduce the heat radiation amount (radiation heat amount) in a reaction tube, the outer periphery of a spiral heater is enclosed with the heat insulating material.
그렇지만, 종래에 있어서는, 보트위의 웨이퍼를 주위에서 균등하게 가열하기 때문에, 웨이퍼 중심부보다 주변부의 쪽이 고온이 된다. 이와같이, 제1도에 도시한 바와같이 라인(K)(실온)에서 라인(P)까지의 구간(정상승온)의 웨이퍼 표면 온도 분포는 시간의 경과와 함께 골이 깊어지지만, 라인(P)에서 라인(Q)(프로세스 온도)까지의 구간(균열 온도 제어)의 웨이퍼 표면온도 분포는 시간의 경과와 함께 골이 얕아진다. 최종적으로는 라인(Q)에 도시한 바와같이 웨이퍼(20)의 중앙과 주변에서는 실질적으로 온도차가 없어진다.However, in the related art, since the wafer on the boat is heated evenly around, the peripheral portion becomes hotter than the center of the wafer. Thus, as shown in FIG. 1, the wafer surface temperature distribution of the section (normal temperature rise) from the line K (room temperature) to the line P becomes deeper with time, but at line P The wafer surface temperature distribution in the section (crack temperature control) up to the line Q (process temperature) becomes shallower with time. Finally, as shown in the line Q, the temperature difference substantially disappears in the center and the periphery of the wafer 20.
특히, 특공소 48-8657호 공보에 기재되어 있는 MoSi2선을 이용하면, 승온속도가 크므로, 프로세스 온도 도달 직전의 곡선(P)의 골이 깊어지며 웨이퍼면내의 반경방향에 생기는 온도의 불균일성(웨이퍼면내 온도 불균일)이 최대가 된다. 웨이퍼면내 온도 불균일성이 생기면, 웨이퍼 위에 형성되는 박막의 두께가 불균일하게 되며, 반도체 방치의 품질저하를 초래한다.In particular, when the MoSi 2 wire described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 48-8657 is used, the temperature rise rate is large, so that the valleys of the curve P just before reaching the process temperature are deepened and the temperature nonuniformity occurring in the radial direction in the wafer surface. (The temperature nonuniformity in a wafer surface) becomes the maximum. If the temperature nonuniformity in the wafer surface occurs, the thickness of the thin film formed on the wafer becomes nonuniform, resulting in deterioration of the quality of semiconductor neglect.
이와같은 웨이퍼면내 온도 불균일은 종형로의 반응관내에서 웨이퍼의 위치나 자세에 기인하는 것이다. 이와같이, 웨이퍼면내 온도 불균일을 제거하기 위해 제조 프로세스의 개선이 요망되고 있다.Such temperature irregularity in the wafer surface is due to the position or attitude of the wafer in the reaction tube of the vertical furnace. As such, improvements in the manufacturing process are desired to remove in-plane temperature irregularities.
또, 웨이퍼 지금이 커지게 되면, 웨이퍼와 히터와의 사이의 거리를 크게 얻는 것이 곤란하게 된다. 특히, 상술한 스파이럴형의 히터에서는, 웨이퍼 상호간에 불균일함이 나타나고, 마찬가지로 반도체 장치의 품질 저하를 초래한다.In addition, when the wafer gap becomes large, it becomes difficult to obtain a large distance between the wafer and the heater. In particular, in the spiral heater described above, nonuniformity appears between the wafers, and similarly, the quality of the semiconductor device is caused.
본 발명의 목적은 종형로에서 반도체 웨이퍼를 열처리할 경우에 웨이퍼면내 온도 불균일을 해소할 수가 있는 열처리 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a heat treatment method that can eliminate the temperature unevenness in the wafer surface when the semiconductor wafer is heat treated in the vertical furnace.
본 발명의 다른 목적은 종형로에서 반도체 웨이퍼를 열처리할 경우에, 웨이퍼 상호간의 온도 불균일을 해소할 수가 있는 열처리 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a heat treatment method that can eliminate temperature unevenness between wafers when heat-treating semiconductor wafers in a vertical furnace.
본 발명의 측면에 따라, 열처리 방법은, 복수의 기판을 그 피처리면이 실질적으로 수평이 되는 자세에서 서로 평행하게 프로세스 튜브내에 형성하는 단계와, 상기 프로세스튜브의 길이에 따라, 프로세스 튜브를 외측부터 둘러싸도록 복수의 저항발열체를 형성하는 단계와, 기판을 회전시킨다. 또한 상기 저항 발열체에 대한 공급량을 조절하고, 기판 주변부의 한쪽끝측에서 다른쪽 끝측으로 향하는 온도 구배(勾配)를 기판의 피처리면에 형성하는 단계와, 기판을 피처리면내에서 회전시키는 단계로 구성된다.According to an aspect of the invention, the heat treatment method comprises the steps of forming a plurality of substrates in a process tube parallel to each other in a posture in which the surface to be treated is substantially horizontal, and depending on the length of the process tube, from outside Forming a plurality of resistance heating elements to surround the substrate, and rotating the substrate. And adjusting the supply amount to the resistive heating element, forming a temperature gradient from one end side to the other end of the substrate periphery on the surface to be processed, and rotating the substrate within the surface to be processed. .
프로세스 튜브를 둘러싸는 저항발열체에는 표면부하의 큰 것을 이용하는 것이 바람직하다. 게다가, 저항 발열체의 각각은 프로세스 튜브의 길이방향을 따라 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a large surface load for the resistance heating element surrounding the process tube. In addition, each of the resistive heating elements is preferably formed along the longitudinal direction of the process tube.
이 경우에, 통전을 정지시키거나, 또는 다른 저항 발열체보다도 통전량을 저감하고 피처리체의 직경 방향에 온도 구배를 갖고 가열하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable to stop the energization or to reduce the amount of energization than other resistance heating elements and to heat with a temperature gradient in the radial direction of the workpiece.
이와 같은 온도구배를 가진 피처리체를 프로세스 튜브내에서 회전시키면, 입열량이 주기적으로 변동되고, 웨이퍼 전체의 온도가 균일화된다.When the target object having such a temperature gradient is rotated in the process tube, the heat input amount fluctuates periodically and the temperature of the entire wafer is made uniform.
또한, 저항 발열체에 MoSi2선을 이용하면, 발열응답성이 뛰어나, 승온속도가 FeCrAl 합금선의 약 10배로 빠르게 되며, 웨이퍼면내 온도 불균일이 크게 된다. 이와같이 승온속도가 큰 경우에, 본 발명의 방법은 절대적인 효과를 높일 수가 있다.In addition, when MoSi 2 wire is used for the resistance heating element, the heat generating response is excellent, and the temperature increase rate is about 10 times faster than that of the FeCrAl alloy wire, and the temperature unevenness in the wafer surface is large. In this way, when the temperature increase rate is large, the method of the present invention can increase the absolute effect.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 여러 가지 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
제2도에 도시한 바와같이, 열확산 장치(3)는 다수의 반도체 웨이퍼(20)를 한번에 열확산처리하기 위한 노실(17)을 구비하고 있다.As shown in FIG. 2, the thermal diffusion apparatus 3 includes a furnace chamber 17 for thermally diffusing a plurality of semiconductor wafers 20 at one time.
노실(17)내에는 반응관(40)이 형성되어 있다. 반응관(40)의 상부에는 가스공급장치(도시하지 않음)에 연통하는 가스공급구(60)가 형성되어 있다. 가스 공급장치는 복수의 가스 공급원을 가지고, 각 가스공급원에는 산소가스, 할로겐계 가스, 및 수소계 가스가 각각 수용되어 있다.The reaction tube 40 is formed in the furnace chamber 17. A gas supply port 60 is formed at an upper portion of the reaction tube 40 to communicate with a gas supply device (not shown). The gas supply device has a plurality of gas supply sources, each of which contains an oxygen gas, a halogen gas, and a hydrogen gas.
한편, 반응관(40)의 하부에는 가스배기장치(도시하지 않음)에 연통하는 가스배출구(70)가 형성되어 있다. 가스 배기 장치는 흡임펌프를 가지고, 반응관(40)의 내부가스를 배기하도록 되어 있다.On the other hand, a gas discharge port 70 communicating with a gas exhaust device (not shown) is formed below the reaction tube 40. The gas exhaust device has a suction pump to exhaust the internal gas of the reaction tube 40.
이들의 가스공급장치 및 가스 배기장치의 전원(도시하지 않음)은 PID 콘트롤러(51)의 출력부에 각각 접속되어 있으며, 반응관(40)내의 각 웨이퍼(20)에 반응가스가 평행하게 널리 퍼지도록 가스플로가 제어되도록 되어 있다. 또한, 콘트롤러(51)의 입력부에는 컴퓨터(50)가 접속되고, 콘트롤러(51)는 컴퓨터(50)에 의해 백업되어 있다.The power supply (not shown) of these gas supply apparatuses and gas exhaust apparatuses are respectively connected to the output part of PID controller 51, and the reaction gas spreads in parallel to each wafer 20 in reaction tube 40 in parallel. So that the gas flow is controlled. In addition, a computer 50 is connected to the input of the controller 51, and the controller 51 is backed up by the computer 50.
열전대(53)가 노실(17)의 외벽을 관통하고, 그 선단부가 프로세스 튜브(40)의 근방에 달하고 있다. 열전대(53)는 컴퓨터(50)의 입력부에 접속되어 있다.The thermocouple 53 penetrates through the outer wall of the furnace chamber 17, and its tip reaches the vicinity of the process tube 40. The thermocouple 53 is connected to the input of the computer 50.
노실(17)의 하방에는 웨이퍼 이재실(移載室)(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 웨이퍼 이재실에는 USP4,938,691에 나타나 있듯이, 핸드링 기구 및 엘리베이터 기구등이 형성되어 있다. 즉, 핸드링 기구에 의해 카세트에서 보트(10)에 웨이퍼(20)가 이재되도록 되어 있다. 그리고, 보트(10)는 보온통(32)의 위에 실려진 상태에서, 엘리베이터 기구에 의해 승강되고, 반응관(40)의 하부 개구(30)에서 출납되도록 되어 있다. 또한, 보트(10)와 함께 덮개(31)가 승강되고, 보트(10)를 로딩했을때에는 덮개(31)에 의해 반응관(40)의 하부 개구(30)가 막혀지도록 되어 있다.The wafer transfer chamber (not shown) is formed below the furnace chamber 17. In the wafer transfer chamber, as shown in USP4,938,691, a handing mechanism and an elevator mechanism are formed. That is, the wafer 20 is transferred from the cassette to the boat 10 by the handing mechanism. And the boat 10 is lifted up and down by the elevator mechanism in the state loaded on the thermal insulation container 32, and it is made to be taken out and taken out by the lower opening 30 of the reaction tube 40. As shown in FIG. In addition, the lid 31 is raised and lowered together with the boat 10, and when the boat 10 is loaded, the lower opening 30 of the reaction tube 40 is blocked by the lid 31.
또한, 보트(10) 및 보온통(32)은 회전기구(11)의 축(12)에 지지되어 있다. 회전기구(11)내의 모터(도시하지 않음)는 콘트롤러(51)에 의해 회전제어되도록 되어 있다.In addition, the boat 10 and the heat insulating cylinder 32 are supported by the shaft 12 of the rotating mechanism 11. The motor (not shown) in the rotating mechanism 11 is controlled to rotate by the controller 51.
히터 유닛(15)이 부재(22)에 의해 노실(17)의 천정벽에 지지되어 있다. 히터 유닛(15)의 철판(21)은 반응관(40)의 바로위에 위치하고, 철판(21)에 부착된 10개의 히터 (14a~14j)가 반응관(40)을 둘러싸고 있다.The heater unit 15 is supported by the member 22 on the ceiling wall of the furnace chamber 17. The iron plate 21 of the heater unit 15 is located directly above the reaction tube 40, and ten heaters 14a to 14j attached to the iron plate 21 surround the reaction tube 40.
제3도에 도시한 바와같이 각 히터 (14a~14j)의 상단은 단자(13a~13j)에 의해 철판(21)의 주변 근방에 각각 고정되고, 각 히터 (14a~14j)는 철판(210에서 처져 있고, U턴 하여 철판(21)으로 되돌아가고 있다. 각 단자(13a~13j)는 각각 전원(52)에 접속되어 있다.As shown in FIG. 3, upper ends of the heaters 14a to 14j are respectively fixed to the vicinity of the iron plate 21 by terminals 13a to 13j, and each heater 14a to 14j is fixed to the iron plate 210. It sags and returns to the iron plate 21 by turning U. Each terminal 13a-13j is connected to the power supply 52, respectively.
히터 (14a~14j)는 이규화몰리브덴(MoSi2)으로 구성하는 저항 발열선을 이용하는 것이 적당하다. MoSi2는 종래의 FeCrAl 합금선의 최대부하가 2W/㎠인 것에 대하여, 20W/㎠(약10배)의 발열량을 발휘하고, 강력한 파워 증가를 얻을 수가 있다.As the heaters 14a to 14j, it is appropriate to use a resistance heating wire made of molybdenum disulfide (MoSi 2 ). MoSi 2 exhibits a calorific value of 20 W / cm 2 (about 10 times) while the maximum load of a conventional FeCrAl alloy wire is 2 W / cm 2, and a strong power increase can be obtained.
또 FeCrAl 선의 승온속도는 10/분의 온도상승인 것에 대하여 MoSi2선을 100/분의 급구배를 갖고 온도상승시킬 수가 있가. 히터 (14a~14j)는 반응관(40)을 단시간으로 약 1000로 가열할 수 있는 성능을 가진다.In addition, the heating rate of the FeCrAl line is 10 MoSi 2 wire to 100 for temperature rise of / min Can you raise the temperature with a steep gradient of / min. The heaters 14a to 14j open the reaction tube 40 in a short time at about 1000. It has the ability to heat up.
이와같이 발열량이 큰 히터 엘리멘트를 이용하면, 스파이럴 형상에서는 단선이 빈발하므로 직선상태의 히터 (14a~14j)를 매어다는 구조로 하는 것이 바람직하다.When a heater element having a large heat generation amount is used in this manner, since a disconnection is frequent in a spiral shape, it is preferable to have a structure in which the heaters 14a to 14j in a straight state are suspended.
또한, 각 히터 (14a~14j)는 평균 직경이 4mm로, 철판(21)에서의 처짐 길이가 600~1000mm이다.Moreover, each heater 14a-14j has an average diameter of 4 mm, and the deflection length in the iron plate 21 is 600-1000 mm.
제4도에 도시한 바와같이, 히터 (14a~14j)는 반응관(40)의 주변에 등피치 간격으로 배치되어 있다. 히터 (14a~14j)의 주변에는 2종류의 반사판(16a,16b)이 배치되어 있다. 제1 및 제2반사판(16a,16b)은 각각 10매씩 배치되어 있다. 제1반사판(16a)과 히터 (14a~14j)와의 상호 간격은 히터 (14a~14j)와 반사관(40)과의 상호간격에 거의 동등하다. 제2반사판(16a) 상호의 간격을 커버하도록 제1반사판(16a)의 후방에 형성되어 있다.As shown in FIG. 4, heaters 14a-14j are arranged at equal pitch intervals around the reaction tube 40. Two kinds of reflecting plates 16a and 16b are disposed around the heaters 14a to 14j. Ten first and second reflecting plates 16a and 16b are arranged, respectively. The mutual spacing between the first reflecting plate 16a and the heaters 14a to 14j is almost equal to the mutual spacing between the heaters 14a to 14j and the reflector tube 40. The second reflecting plate 16a is formed behind the first reflecting plate 16a so as to cover the mutual gaps.
또한, 반사판(16a,16b) 및 철판(21)은 Al2O3또는 Al2O3-SiO2등의 세라믹으로 만들어져 있다.In addition, the reflecting plates 16a and 16b and the iron plate 21 are made of ceramics such as Al 2 O 3 or Al 2 O 3 -SiO 2 .
제2도에 도시한 바와같이, 노실(17)의 바닥에는 복수의 냉각 가스공급통로(90)가 형성되고, 노실(17)의 상부 측벽에는 복수의 배기통로(100)가 형성되어 있다. 냉각가스공급통로(90)의 팬(91) 및 배기통로(100)의 팬(101)의 각 전원에는 콘트롤러(51)이 출력부가 각각 접속되어 있다. 냉각가스공급통로(90)는 도입구(도시하지 않음)에 연통하고, 배기통로(100)는 폐열회수장치(도시하지 않음)에 연통하고 있다. 또한, 도시하고는 있지 않지만 노실(17)의 내벽에 단열재를 얇게 붙여도 좋다.As shown in FIG. 2, a plurality of cooling gas supply passages 90 are formed at the bottom of the furnace chamber 17, and a plurality of exhaust passages 100 are formed at the upper sidewall of the furnace chamber 17. The output of the controller 51 is connected to each power supply of the fan 91 of the cooling gas supply passage 90 and the fan 101 of the exhaust passage 100. The cooling gas supply passage 90 communicates with an introduction port (not shown), and the exhaust passage 100 communicates with a waste heat recovery device (not shown). In addition, although not shown in figure, you may paste a heat insulating material thinly into the inner wall of the furnace chamber 17. As shown in FIG.
다음으로, 제5도를 참조하면서 반도체 웨이퍼르르 열산화처리할 경우에 대해 설명한다.Next, a description will be given of the thermal oxidation treatment of the semiconductor wafer with reference to FIG.
카세트 스테이션의 카세트(도시하지 안음)에서 웨이퍼(20)를 커내고, 보트(10)에 순차 싣는다. 30매의 웨이퍼(20)를 보트(10)에 실으면, 승강기구(도시하지 않음)에 의해 보트(10)를 하부개구(30)에서 반응관(40)내에 넣는다(공정 201).The wafer 20 is cut out from the cassette (not shown) of the cassette station and sequentially loaded onto the boat 10. When 30 wafers 20 are loaded on the boat 10, the boat 10 is placed in the reaction tube 40 at the lower opening 30 by a lifting mechanism (not shown) (step 201).
덮개(31)로 하부개구(30)를 막은후에 히터 (14a,14b)를 제외하고, 다른 8개의 히터 (14c~14j)에 통전하고, 반응관(40)내의 웨이퍼(20)를 가열한다(공정 202). 히터 (14c~14j)에서 방사되는 열선은 반사판(16)에 의해 반응관(40)을 향하여 반사되고, 반응관(40)의 온도는 급상승한다.After the lower opening 30 is closed by the cover 31, the other eight heaters 14c to 14j are energized except for the heaters 14a and 14b, and the wafer 20 in the reaction tube 40 is heated ( Step 202). The hot wire radiated from the heaters 14c to 14j is reflected toward the reaction tube 40 by the reflecting plate 16, and the temperature of the reaction tube 40 increases rapidly.
제6도에 도시한 바와같이, 반응관(40)으로의 입열 에너지양에 언밸런스가 생기기 때문에, 웨이퍼(20)에 한쪽 끝측에서 다른쪽 끝으로 향하는 온도구배가 생긴다.As shown in FIG. 6, since unbalance occurs in the amount of heat input energy to the reaction tube 40, the temperature gradient from one end side to the other end occurs in the wafer 20. As shown in FIG.
가열개시와 거의 동시에 보트(10)를 약 10rpm의 속도로 회전시킨다(공정 203). 이에 따라 웨이퍼(20)의 저온부측과 고온부측이 교체되고, 웨이퍼 주변부로의 입열량이 주기적으로 변동하고, 웨이퍼 주변부로의 입열량이 평균화된다. 또, 웨이퍼 주변부로의 입열량과 웨이퍼 중앙부로의 입열량이 균형되도록 하며, 전체로서 웨이퍼(20)의 표면온도가 균등하게 된다.Almost simultaneously with the start of heating, the boat 10 is rotated at a speed of about 10 rpm (step 203). As a result, the low temperature side and the high temperature side of the wafer 20 are replaced, and the amount of heat input to the peripheral portion of the wafer is periodically varied, and the amount of heat input to the peripheral edge of the wafer is averaged. In addition, the amount of heat input to the peripheral portion of the wafer and the amount of heat input to the center portion of the wafer are balanced, and the surface temperature of the wafer 20 as a whole becomes equal.
또한, 웨이퍼 보트(10)의 회전을 개시하는 시기는 일부 히터로의 급전 정지후인 것이 바람직하지만, 급전 정지전에 보트(10)를 회전시켜도 좋다. 특히, 웨이퍼 보트(10)의 회전속도를 늦게 할 경우는 히터 발열량의 제어와 보트회전과의 사이에 시기적인 제한은 없어진다.In addition, although it is preferable that the timing of starting rotation of the wafer boat 10 is after power supply stop to some heaters, you may rotate the boat 10 before power supply stop. In particular, when the rotational speed of the wafer boat 10 is slowed down, there is no timely limitation between the control of the heater heating value and the boat rotation.
노내 온도가 프로세스 온도에 가까워지면, 모든 히터 (14a~14j)에 통전하고, 노내의 웨이퍼(20)를 균열화 한다(공정 204). 열전대(53)에 의해 최종적으로 웨이퍼(20)의 온도가 프로세스온도에 도달한 것을 확인한다.When the furnace temperature approaches the process temperature, all the heaters 14a to 14j are energized to crack the wafer 20 in the furnace (step 204). It is confirmed by the thermocouple 53 that the temperature of the wafer 20 finally reaches the process temperature.
웨이퍼(20)의 균열화 후, 프로세스 가스로서 산소가스를 반응관(40)내에 공급한다(공정 205). 가스 공급구(60)에서 배기구(70)로 향하는 산소가스의 다운 플로가 형성된다. 산소가스가 각 웨이퍼(20)에 균등하게 널리 퍼진다. 이에따라, 웨이퍼(20)에 산화막이 형성된다.After the cracking of the wafer 20, oxygen gas is supplied into the reaction tube 40 as a process gas (step 205). Downflow of oxygen gas from the gas supply port 60 toward the exhaust port 70 is formed. Oxygen gas is evenly spread over each wafer 20. As a result, an oxide film is formed on the wafer 20.
프로세스가스의 공급을 정지하고, 질소가스를 공급하고, 반응관(40)의 내부를 질소가스로 치환한다. 또, 나머지의 히터 (14c~14j)로의 급전을 정지함과 동시에, 보트(10)의 회전을 정지한다. 또한, 노실(17)에 냉기에어를 공급하면서, 노실내를 배기한다. 냉기는 반응관(40), 히터 (14a~14j), 반사관(16a,16b), 및 노실(17)의 내벽의 상호간을 빠짐없이 통과한다. 이에 의해, 반응관(40)은 강제적으로 냉각되고, 단시간으로 웨이퍼(20)는 실온 근방까지 온도 강하한다(공정 206).The supply of process gas is stopped, nitrogen gas is supplied, and the inside of the reaction tube 40 is replaced with nitrogen gas. In addition, the power supply to the remaining heaters 14c to 14j is stopped, and the rotation of the boat 10 is stopped. In addition, the inside of the furnace chamber is exhausted while the cold air is supplied to the furnace chamber 17. The cold air passes through the reaction tubes 40, the heaters 14a to 14j, the reflecting tubes 16a and 16b, and the inner walls of the furnace chamber 17 without exception. As a result, the reaction tube 40 is forcibly cooled and the temperature of the wafer 20 drops to near the room temperature in a short time (step 206).
냉각후, 엘리베이터 기구에 의해 보트(10)를 하강시키고, 웨이퍼(20)를 노외로 반출한다(공정 207). 공정 201에서 공정 207까지의 1사이클의 소요 시간은 약 30분간이다.After cooling, the boat 10 is lowered by the elevator mechanism and the wafer 20 is carried out of the furnace (step 207). The time required for one cycle from step 201 to step 207 is about 30 minutes.
다음에, 웨이퍼 표면의 균열화에 대해 상세하게 설명한다.Next, the cracking of the wafer surface will be described in detail.
제7도에 도시한 바와같이, 샘플 웨이퍼(20)에 5개의 열전대를 부착하고, 반응관(40)내에서 웨이퍼를 가열하고, 웨이퍼 표면의 각 점 A~E의 온도 변화를 조사했다. 점 A~E는 웨이퍼(20)의 한쪽 끝측에서 다른쪽 끝측으로 항하여 등간격으로 배열했다. 점 A,E가 웨이퍼(20) 표면의 주변부에 위치하고, 점C가 웨이퍼(20)의 표면의 중심에 위치한다. 또한, 정상의 승온속도를 100/분으로 하고, 균열시의 온도제어를 상술한 바와같이 실시했다.As shown in FIG. 7, five thermocouples were attached to the sample wafer 20, the wafer was heated in the reaction tube 40, and the temperature change of each point A-E on the wafer surface was investigated. Points A to E were arranged at equal intervals from one end side to the other end side of the wafer 20. Points A and E are located at the periphery of the surface of the wafer 20, and point C is located at the center of the surface of the wafer 20. In addition, the normal temperature rise rate is 100 The temperature control at the time of cracking was performed as / min, as mentioned above.
제8도에 도시한 바와같이, 라인 T1(실온)에서 라인 T7(프로세스온도)까지의 웨이퍼(20)의 표면 온도 분포에 대해 각각 조사했다.As shown in FIG. 8, the surface temperature distribution of the wafer 20 from the line T 1 (room temperature) to the line T 7 (process temperature) was investigated, respectively.
라인 T2 T5의 구간에서는 종래의 경우에 비해 온도분포의 골이 얕아진다. 최종적으로는 라인 T7에 도시한 바와같이 웨이퍼(20)의 중앙과 주변에서는 실질적으로 온도차가 없어진다.Line T 2 In the section of T 5 , the valley of the temperature distribution becomes shallower than in the conventional case. Finally, as shown in the line T 7 , the temperature difference substantially disappears in the center and the periphery of the wafer 20.
또한, 상기 실시예에서는 일부의 히터 (14a,14b)로의 급전을 정지할 경우에 대해 설명했지만, 이것만으로 한정되지 않고, 일부의 히터로의 급전량을 저하시켜도 좋다. 이경우에, 히터를 몇갠가의 존에, 예를 들면 3개의 존으로 분할하고, 각 존의 히터로의 급전량을 조정하고, 반응관의 각 존에 생기는 온도차(반응관의 하측부분의 온도저하)를 제어하도록 하여도 좋다.In addition, although the case where the power supply to some heaters 14a and 14b was stopped was demonstrated in the said Example, it is not limited only to this, You may reduce the power supply to some heaters. In this case, the heater is divided into several zones, for example, three zones, the amount of feed to the heater of each zone is adjusted, and the temperature difference generated in each zone of the reaction tube (the temperature drop in the lower portion of the reaction tube). ) May be controlled.
또, 반응관의 상하에도 히터를 형성하도록 하여도 좋다.In addition, a heater may be formed above and below the reaction tube.
또한, 웨이퍼 보트의 축을 반응관의 축에 대하여 편심시켜도 좋다.In addition, the axis of the wafer boat may be eccentric with respect to the axis of the reaction tube.
또, 상기 실시예에서는 열산화 처리의 경우에 대해 설명했으나, 본 발명은 이것만으로 한정되지 않고, CVD에 의한 성막이나 열확산 처리에 이용하여도 좋다.Incidentally, in the above embodiment, the case of the thermal oxidation treatment has been described, but the present invention is not limited to this, but may be used for the film formation or the thermal diffusion treatment by CVD.
본 발명에 관한 열처리 방법의 효과에 대하여 총괄적으로 설명한다.The effect of the heat processing method concerning this invention is demonstrated collectively.
본 발명의 열처리 방법에 의하면 반응간의 바깥둘레를 온도차를 내어 가열하고, 반응관내의 반도체 웨이퍼에 직경방향의 온도구배를 생기게 하고, 웨이퍼를 회전시킨다. 이에따라, 웨이퍼 직경 방향과 온도구배가 상쇄되고, 웨이퍼가 균열화된다.According to the heat treatment method of the present invention, the outer circumference between the reactions is heated with a temperature difference, a temperature gradient in the radial direction is generated in the semiconductor wafer in the reaction tube, and the wafer is rotated. As a result, the wafer radial direction and temperature gradient are canceled and the wafer is cracked.
특히, 웨이퍼를 급가열할 경우에 유효하며, 품질에 분산없는 반도체 장치 제품을 제조할 수가 있다.In particular, it is effective when the wafer is rapidly heated, and a semiconductor device product can be manufactured without dispersion in quality.
또 웨이퍼 상호간의 온도 불균일을 해소할 수가 있다.Moreover, the temperature nonuniformity between wafers can be eliminated.

Claims (16)

  1. 온도구배를 생성하기 위하여 발열체 제어를 이용하는 종형 프로세스튜브의 열처리방법에 있어서, 수직방향으로 연장돌출하는 프로세스튜브의 길이에 따라 프로세스튜브를 외측으로부터 둘러싸도록 복수개의 저항 발열체를 설치하는 단계와, 기판의 피처리면이 실질적으로 수평이 되도록 서로 평행하게 지지한 상태에서 복수개의 기판을 프로세스튜브내에 장입하는 단계와, 발열체중 적어도 1개를 제외한 다른 발열체에 초기전류를 공급하여 기판 표면과 평행한 방향으로 프로세스튜브내에 고온측과 저온측을 발생시킴으로써, 각 기판에 그 표면에 따르는 온도구배를 갖게하고 이에 따라 프로세스튜브의 주변부 사이에 온도구배가 발생하는단계, 및 프로세스튜브의 축주위로 복수개의 기판을 회전시킴으로써 기판 전체가 실질적으로 균일하게 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 종형 프로세스튜브의 열처리 방법.A heat treatment method of a vertical process tube using a heating element control to generate a temperature gradient, comprising the steps of: installing a plurality of resistance heating elements to surround the process tube from the outside along the length of the process tube extending in the vertical direction; Inserting a plurality of substrates into a process tube while being supported in parallel with each other such that the surface to be treated is substantially horizontal, and supplying an initial current to other heating elements other than at least one of the heating elements to process in a direction parallel to the substrate surface By generating a high temperature side and a low temperature side in the tube, each substrate has a temperature gradient corresponding to its surface, whereby a temperature gradient occurs between the periphery of the process tube, and by rotating a plurality of substrates around the axis of the process tube. The whole substrate is heated substantially uniformly The heat treatment process of a vertical tube comprising the steps:
  2. 제1항에 있어서, 저항 발열체 주위에 저항 발열체로부터 방사되는 열을 반사하기 위한 수단을 설치하고 이 열반사수단에 의하여 반사된 열선을 상기 프로세스튜브로 조사하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising installing a means for reflecting heat radiated from the resistive heating element around the resistive heating element and irradiating the heat tube reflected by the heat reflecting means to the process tube. Way.
  3. 제1항에 있어서, 초기전류가 공급되지 않던 저항 발열체는 기판의 온도가 소정의 프로세스 온도에 도달하였을 때에 작동되어, 상기 기판이 모든 면에서 균일하게 가열될 때까지 발열하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the resistive heating element to which the initial current is not supplied is operated when the temperature of the substrate reaches a predetermined process temperature, thereby generating heat until the substrate is uniformly heated on all sides.
  4. 제1항에 있어서, 저항 발열체 중 적어도 1개를 제외한 다른 저항 발열체로 상기 초기전류가 공급되는 동안에 기판이 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is rotated while the initial current is supplied to another resistance heating element except at least one of the resistance heating elements.
  5. 제1항에 있어서, 프로세스튜브 근방의 위치에서 검출된 온도에 반응하여 저항 발열체로 공급되는 전류량을 제어하는 온도검출수단을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising providing temperature detecting means for controlling the amount of current supplied to the resistance heating element in response to the temperature detected at a position near the process tube.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로세스튜브와 저항 발열체를 냉각하기 위하여 상기 프로세스튜브의 외부로 냉각공기를 공급하는 수단을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, further comprising providing a means for supplying cooling air to the outside of the process tube to cool the process tube and the resistive heating element.
  7. 제1항에 있어서, 상기 저항 발열체 각각은 MoSi2로 만들어진 선인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein each of the resistance heating elements is a line made of MoSi 2 .
  8. 제1항에 있어서, 상기 저항 발열체로 공급되는 전류량은 각각 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the amount of current supplied to the resistance heating element is individually controlled.
  9. 온도구배를 생성하기 위하여 발열체 제어를 이용하는 종형 프로세스튜브의 열처리 방법에 있어서, 수직방향으로 연장돌출하는 프로세스튜브의 길이에 따라 프로세스튜브를 외측으로부터 둘러싸도록 복수개의 저항 발열체를 설치하는 단계와, 프로세스튜브내부에 고온측과 저온측을 발생시키기 위해 저항 발열체의 각각에 공급되는 전류량을 제어함으로써 프로세스튜브내부에 온도구배가 발생하는 단계, 및 기판의 피처리면들이 실질적으로 수평이 되도록 복수개의 기판을 서로 평행하게 지지한 상태에서 회전시키면서 프로세스튜브내에 장입함으로써 기판 전체가 실질적으로 균일하게 가열되는 단계를 포함하며, 상기 공급전류량 제어단계는, 기판의 표면에 평행한 방향으로 프로세스튜브내에 고온측과 저온측을 발생시킴으로써 각 기판에 그 표면에 따른 온도구배를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 종형 프로세스튜브의 열처리 방법.A heat treatment method of a vertical process tube using a heating element control to generate a temperature gradient, comprising the steps of: installing a plurality of resistance heating elements to surround the process tube from the outside along the length of the process tube extending in the vertical direction; Generating a temperature gradient inside the process tube by controlling the amount of current supplied to each of the resistive heating elements to generate a high temperature side and a low temperature side therein, and parallelizing the plurality of substrates so that the surface to be processed is substantially horizontal The entire substrate is heated substantially uniformly by charging in the process tube while being rotated in a supported state, wherein the supply current amount control step includes the high temperature side and the low temperature side in the process tube in a direction parallel to the surface of the substrate. By generating the table on each board Heat treatment process of a vertical tube, characterized in that to have a temperature gradient according to the.
  10. 제9항에 있어서, 상기 저항 발열체로 공급되는 전류량은 각각 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 9, wherein the amount of current supplied to the resistance heating element is controlled individually.
  11. 제9항에 있어서, 저항 발열체 주위에 저항 발열체로부터 방사되는 열을 반사하기 위한 수단을 설치하고, 이 열반사수단에 의하여 반사된 열선을 상기 프로세스튜브로 조사하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, further comprising providing a means for reflecting heat radiated from the resistive heating element around the resistive heating element, and irradiating the heat tube reflected by the heat reflecting means to the process tube. How to.
  12. 제9항에 있어서, 초기전류가 공급되지 않던 저항 발열체는 기판의 온도가 소정이 프로세스 온도에 도달하였을 때에 작동되어, 상기 기판이 모든 면에서 균일하게 가열될 때까지 발열하는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, wherein the resistive heating element to which the initial current is not supplied is operated when the temperature of the substrate reaches a predetermined process temperature, thereby generating heat until the substrate is uniformly heated on all sides.
  13. 제9항에 있어서, 저항 발열체 중 적어도 1개를 제외한 다른 저항 발열체로 초기전류가 공급되는 동안에 기판이 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, wherein the substrate is rotated while the initial current is supplied to the resistor heating elements other than at least one of the resistor heating elements.
  14. 제9항에 있어서, 프로세스튜브 근방의 위치에서 검출된 온도에 반응하여 저항 발열체로 공급되는 전류량을 제어하는 온도검출수단을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, further comprising providing temperature detecting means for controlling the amount of current supplied to the resistive heating element in response to the temperature detected at a position near the process tube.
  15. 제9항에 있어서, 상기 프로세스튜브와 저항 발열체를 냉각하기 위하여 상기 프로세스튜브의 외부로 냉각공기를 공급하는 수단을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, further comprising providing a means for supplying cooling air to the outside of the process tube to cool the process tube and the resistive heating element.
  16. 제9항에 있어서, 상기 저항 발열체 각각은 MoSi2로 만들어진 선인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 9, wherein each of the resistance heating elements is a line made of MoSi 2 .
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